CN107001078A

CN107001078A - 电极和电解装置

Info

Publication number: CN107001078A
Application number: CN201680002274.1A
Authority: CN
Inventors: 吉永典裕; 内藤胜之; 太田英男; 信田直美; 横田昌广
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-08-01
Also published as: JP6434159B2; WO2017047121A1; JPWO2017047121A1

Abstract

根据实施方式，电解装置具备具有设置有阳极(18)的阳极室和设置有与阳极相对的阴极(20)的阴极室的电解槽。阳极(18)具有担载有催化剂的第1表面(18a)。阳极(18)具有在施加电压时产生的电流密度的分布，第1表面(18a)中的催化剂的催化剂量具有与电流密度的分布相应的分布。

Description

电极和电解装置

技术领域

这里描述的实施方式涉及电极和具备该电极的电解装置。

背景技术

近年来，提供了将水电解而生成具有各种功能的电解水、例如碱离子水、臭氧水或次氯酸水等的电解装置。作为电解装置，已知有具有1室型、2室型、或3室型的电解槽(电解池)的电解装置。例如，3室型的电解槽内通过阳离子交换膜和阴离子交换膜而分隔成中间室、位于该中间室的两侧的阳极室和阴极室这3室。在阳极室和阴极室中分别配置有阳极和阴极。

例如，作为一般的电解用的阳极，使用以钛、钽、铬、铝或其合金等金属作为基材、并将基材表面以铂等贵金属或氧化铱、氧化钌等氧化物催化剂层被覆而得到的电极。

在具有这样的3室型的电解槽的电解装置中，例如，在中间室中流动盐水，在阳极室和阴极室中分别流通水。通过将中间室的盐水用阴极和阳极进行电解，从而由在阳极处产生的氯气生成次氯酸水，同时在阴极室中生成氢氧化钠水。生成的次氯酸水作为杀菌消毒水被充分利用，氢氧化钠水作为洗涤水被充分利用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-198562号公报

专利文献2：日本特开平05-148676号公报

发明内容

发明所要解决的问题

已知在上述那样的电解装置中，若电极长时间进行电解反应则电极表面的劣化进展，变得无法维持最初的电解性能。因长时间的运转而产生的催化剂层的溶出、催化剂层的剥离成为劣化的原因。劣化速度依赖于电压施加时的电极的电流密度、电解槽温度、催化剂量。

实施方式的课题在于提供经过长期而能够维持电解性能且具有高耐久性的电极和具备该电极的电解装置。

用于解决问题的手段

根据实施方式，电解装置具备具有设置有阳极的阳极室和设置有与上述阳极相对的阴极的阴极室的电解槽，上述阳极和阴极中的至少一者具有担载有催化剂的第1表面，上述阳极和阴极中的上述至少一者具有在电压施加时产生的电流密度的分布，上述第1表面中的催化剂的催化剂量具有与上述电流密度的分布相应的分布。

附图说明

图1是概略地表示第1实施方式所述的电解水生成装置的框图。

图2是表示上述电解水生成装置的电极单元的分解立体图。

图3是概略地表示上述电极单元的电极的侧面图。

图4是概略地表示较高地设定电解槽的中间室的水压时的电极的变形状态的电解槽的截面图。

图5是概略地表示较低地设定电解槽的中间室的水压时的电极的变形状态的电解槽的截面图。

图6是表示在第1实施方式所述的电解水生成装置中将电极的催化剂量、电解槽的各室的水压进行各种变更而测定电极的寿命的结果的图。

图7是概略地表示第2实施方式所述的电解水生成装置的截面图。

图8是表示第2实施方式所述的电解水生成装置的电极单元的分解立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对各种实施方式进行说明。另外，对实施方式中共同的构成标注相同的符号，并省略重复的说明。此外，各图是实施方式和促进其理解的示意图，其形状或尺寸、比例等与实际的装置有不同的地方，但它们可以通过参考以下的说明和公知的技术来适当地进行设计变更。

(第1实施方式)

图1是概略地表示第1实施方式所述的电解水生成装置的构成的图。作为电解装置的一个例子的电解水生成装置10具备所谓的3室型的电解槽11。电解槽11形成为扁平的矩形箱状，其内部通过第1隔膜16a和第2隔膜16b而分隔成中间室15a、位于中间室15a的两侧的阳极室15b和阴极室15c这3室。即，电解室通过第1隔膜16a而分隔成阳极室15b和中间室15a，通过第2隔膜16b而分隔成中间室15a和阴极室15c。第1隔膜16a和第2隔膜16b空出间隔而彼此大致平行地相对。在阳极室15b内设置有阳极(第1电极)18，与第1隔膜16a相对。在阴极室15c内设置有阴极(第2电极)20，与第2隔膜16b相对。阳极18和阴极20形成为大致相等大小的矩形板状，夹持着第1、第2隔膜和中间室15a而彼此相对。

另外，第1和第2隔膜16a、16b、以及阳极18和阴极20其外周缘部各自被固定、支撑于电解槽11上。

电解水生成装置10具备对电解槽11的中间室15a供给电解液例如饱和盐水的电解液供给部31、对阳极室15b和阴极室15c供给被电解水例如水的给水部32、和对阳极18和阴极20分别施加正电压和负电压的电源33。

电解液供给部31具备生成饱和盐水的盐水罐25、将饱和盐水从盐水罐25引导至中间室15a的下部的供给配管31a、设置在供给配管31a中的送液泵29、和将在中间室15a内流动的电解液从中间室15a的上部送至盐水罐25中的排水配管31b。在排水配管31b上，设置有调整阀(节流阀)30a。

给水部32具备供给水的未图示的给水源、将水从给水源引导至阳极室15b和阴极室15c的下部的给水配管32a、将在阳极室15b中流动的水从阳极室15b的上部排出的第1排水配管32b、将在阴极室15c中流动的水从阴极室15c的上部排出的第2排水配管32c、设置在第1排水配管32b中的调整阀(节流阀)30b、和设置在第2排水配管32c中的调整阀(节流阀)30c。

送液泵29、调整阀30a、30b、30c构成水压调整机构(压力调整机构)。即，通过调整对中间室15a供给电解液的送液泵29的供给流量，或者，通过利用调整阀30a、30b、30c来调整水的流量或电解液的流量，能够调整阳极室15b内的水压、阴极室15c内的水压和中间室15a内的水压、它们的水压差。例如，可以按照中间室15a的水压变得比阳极室15b和阴极室15c的各水压高的方式进行调整，或者，按照中间室15a的水压变得比阳极室15b和阴极室15c的各水压高的方式进行调整。此外，还可以按照中间室15a、阳极室15b、阴极室15c的水压彼此变得相等的方式调整。

对通过电解水生成装置10将食盐水电解而生成酸性水(次氯酸水和盐酸)和碱性水(氢氧化钠)的动作进行说明。

如图1中所示的那样，使送液泵29工作，对电解槽11的中间室15a供给饱和盐水，并且对阳极室15b和阴极室15c供给水。同时，由电源33对阳极18和阴极20分别施加正电压和负电压。在流入至中间室15a的盐水中电离的钠离子被阴极20吸引，通过第2隔膜16b而向阴极室15c流入。并且，在阴极室15c中，水被阴极20电解而产生氢气和氢氧化钠水溶液。这样生成的氢氧化钠水溶液(碱性水)和氢气从阴极室15c流出至第2排水配管32c，经由第2排水配管32c而被排出。

在中间室15a内的盐水中电离的氯离子被阳极18吸引，通过第1隔膜16a而向阳极室15b流入。并且，在阳极室15b中氯离子对阳极18给予电子而产生氯气。之后，氯气在阳极室15b内与水反应而产生次氯酸和盐酸。这样生成的酸性水(次氯酸水和盐酸)从阳极室15b经由第1排水配管32b而被排出。

在上述的电解水生成中，通过对向中间室15a、阳极室15b、阴极室15c的各室供给的液体施加压力(水压)而表现出以下那样的特征。例如，在将中间室15a的水压设定得比阳极室15b的水压高时，由于氯离子从中间室15a向阳极室15b的透过得到促进，所以阳极18上的反应进行且次氯酸的生成效率上升。相反，在将中间室15a的水压设定得比阳极室15b的水压低时，虽然次氯酸的生成效率下降，但是由于向阳极室15b透过的盐水的量减少，所以可以得到在电解水使用时抑制锈的产生、减少向食品中添加盐味的影响的效果。

当中间室15a的水压比阴极室15c的水压高时，由于钠离子从中间室15a向阴极室15c的透过得到促进，所以有助于运转电压的下降。相反，当中间室15a的水压比阴极室15c的水压低时，虽然电解电压上升，但是由于向阴极室15c透过的盐水的量减少，所以可以得到阴极20和配管、碱水使用时的锈的产生抑制效果。

接着，对设置在电解槽11内的电极单元(隔膜和电极)12进行详细说明。图2是表示电极单元的分解立体图。

第1隔膜16a例如形成为与阳极18大致相等尺寸的矩形状，与阳极18的表面相邻或接触。作为第1隔膜16a，可以使用阴离子交换膜、反渗透膜、各种电解质膜和具有纳米孔的多孔质膜等。作为阴离子交换膜，可以使用阴离子交换性的膜，作为一个例子，可列举出株式会社Tokuyama制的A201等。作为反渗透膜，可以使用ROMEMBRA(东丽株式会社)等。作为具有纳米孔的多孔质膜，有多孔质玻璃、多孔质氧化铝、多孔质二氧化钛、多孔质沸石等多孔质陶瓷、多孔质聚乙烯、多孔质聚丙烯等多孔质聚合物等。

第2隔膜16b例如形成为与阴极20大致相等尺寸的矩形状，与阴极20的表面相邻或接触。作为第2隔膜16b，可以使用阳离子交换膜、反渗透膜、具有纳米孔的多孔质膜等。作为阳离子交换膜，可以使用阳离子交换性的膜，作为例子，可列举出NAFION(E.I.du Pont公司：商标)112、115、117、Flemion(旭硝子株式会社：商标)、ACIPLEX(旭化成株式会社：商标)、GORE-SELECT(W.L.Gore&Associates,Inc.：商标)。

如图1和图2中所示的那样，阳极(第1电极)18例如具有在由矩形状的金属板构成的基材22中形成有许多贯通孔23的多孔结构。基材22具有第1表面18a和与第1表面18a大致平行地相对的第2表面18b。第1表面18a与第2表面18b的间隔、即板厚形成为T1。第1表面18a与第1隔膜16a相对，第2表面18b与阳极室15b相对。至少遍及第1表面18a的整面形成或担载有催化剂层19a。本实施方式中，在第1表面18a和第2表面18b的两面形成有催化剂层19a、19b。也可以将催化剂金属作为基材22使用。

阳极18一体地具有从其一侧缘、例如上缘突出的连接端子24。阳极18介由连接端子24与电源连接。电极端子不仅可以设置1个，也可以设置多个。当基材22的板厚T1薄时，若设置多个电极端子，则电子在电极端子和反应部中移动的移动电阻得到抑制。

贯通孔23遍及阳极18的大致整面而形成有许多。各贯通孔23在第1表面18a和第2表面18b开口。贯通孔23可以使用正方形、长方形、菱形、圆形、椭圆形等各种形状。正方形或长方形、菱形的顶点可以为圆形。贯通孔23并不限于规则地排列，也可以随机地排列而形成。

如图1和图2中所示的那样，在本实施方式中，阴极(第2电极)20与阳极18同样地构成。即，阴极20例如具有在由矩形状的金属板构成的基材26中形成有许多贯通孔27的多孔结构。基材26具有第1表面20a和与第1表面20a大致平行地相对的第2表面20b。第1表面20a与第2隔膜16b相对，第2表面20b与阴极室15c相对。至少遍及第1表面20a的整面而形成或担载有催化剂层21a。本实施方式中，在第1表面20a和第2表面20b的两面形成有催化剂层21a、21b。也可以将催化剂金属作为基材26使用。进而，阴极20一体地具有从其一侧缘、例如上缘突出的连接端子28。阴极20介由连接端子28与电源连接。

作为阳极18和阴极20的基材22、26，可以使用钛、铬、铝或其合金等阀金属、导电性金属。基材22、26的板厚T1根据对电极施加的电压(电流)的电流密度而决定。若电流密度为每单位平方厘米为数百mA，则基材22、26的板厚T1为0.4～1毫米的厚度即可。本实施方式中，基材22、26的板厚T1例如设定为500μm左右。

此外，贯通孔23、27的开口直径和开口间隔、开口率可以根据电极18、20的电流密度而选择。进而，如后述的那样，也可以采用在1片电极的表背贯通孔的开口直径不同的所谓的双面网眼结构的电极。

在用于盐酸生成和次氯酸生成的阳极中，作为催化剂，可以使用可耐受酸性和高电位的铂等贵金属或氧化铱、氧化钌等氧化物。在用于盐酸生成的阴极中，作为催化剂，可以使用具有碱耐性的镍或贵金属等。在用于次氯酸生成的阴极中，可以将可耐受酸性的铂等贵金属催化剂或铜、银、不锈钢等用于催化剂。

担载于电极的基材上的催化剂量通过电极的电流密度和要求电解时间而决定。本实施方式中，形成于阳极18的至少第1表面18a上的催化剂层19a根据在电压施加时产生的阳极18的各部位的电流密度的分布，在同一平面内使催化剂量发生变化。即，在阳极18的第1表面18a中，电流密度低的部位减少催化剂量，朝向电流密度高的部位，增大催化剂量。按照将催化剂的最低量设定为1g/m²以上、并且在第1表面18a的面内催化剂量在最低量的30％以上且300％以内连续地具有倾斜(变化)的方式将催化剂涂布于基材上。该情况下，第1表面18a整体的催化剂量的合计设定为一定，根据部位而具有催化剂量的分布。

通常，在阳极18和阴极20中，连接端子24、28的附近在电压施加时电流容易集中，电流密度变高，同时，催化剂的劣化容易变多。因此，根据本实施方式，在阳极18的第1表面18a中，按照连接端子24的根部附近部分的催化剂量变多的方式形成催化剂层19a。如图3中所示的那样，例如在以点1～9来表示第1表面18a的多个部位时，较多地形成连接端子24的附近部位3和部位1、5的催化剂量，其次，增多部位2、4的催化剂量，进而，将部位6、7、8、9的催化剂量设定为最小量(催化剂量：部位1、3、5>2、4>6、7、8、9)。

此外，在上述的3室型的电解槽11中，根据阳极室、中间室、阴极室的水压，阳极18和阴极20的形状略微发生变动。如图4中所示的那样，例如，在按照中间室15a的水压变得比阳极室15b和阴极室15c的水压高的方式设定的情况下，阳极18和阴极20沿其中央部彼此离开的方向发生变形。由此，阳极18和阴极20在电压施加时周缘部的电流密度分别变得比中央部的电流密度高。

因此，在这样的水压设定的情况下，在阳极18的第1表面18a中，按照减少中央部(部位5)的催化剂量、并且周缘部(部位1-4、6-9)的催化剂量变多的方式形成催化剂层19a。

相反，在按照中间室15a的水压变得比阳极室15b和阴极室15c的水压低的方式设定的情况下，如图5中所示的那样，阳极18和阴极20沿其中央部彼此接近的方向发生变形。由此，阳极18和阴极20各自中央部的距离彼此靠近，中央部的电流密度变高。

因此，在这样的水压设定的情况下，在阳极18的第1表面18a中，按照增多中央部(部位5)的催化剂量、并且周缘部(部位1、4、6-9)的催化剂量变少的方式形成催化剂层19a。但是，连接端子24的附近部位3的催化剂量较多地设定。

如以上那样，在电极18、20中，通过在电流密度高的部位、即容易劣化的部位较多地涂布催化剂、并且减少其他部分的催化剂量，从而虽然总的催化剂量相同，但是能够延长电极的寿命。

为了制作上述那样的电极的催化剂量的倾斜结构，可以通过用刷毛等在基材的表面涂布催化剂，此时，根据基材表面的部位而改变涂布次数来制作。此外，在通过溅射等来涂布催化剂时，可以通过改变靶的位置来制造倾斜结构。在将基材浸渍于浸渍液(催化剂液)中来形成催化剂层时，通过调节从浸渍液的提拉速度、或除此以外在每个浸渍次数中改变浸渍时的悬挂位置，能够在基材的同一表面内自如地赋予催化剂量的倾斜。

电极的劣化状态可以根据涂布于电极上的催化剂的残存量和电压的变动来把握。但是，已知即使催化剂经时地消耗，也基本没有电压变动，若催化剂消耗一定程度，则存在电压急剧上升的倾向。因此，需要观察催化剂的消耗和电压的上升这两者来决定电极的寿命。催化剂的残存量可以通过荧光X射线分析法或ICP发光分析法来决定，但从非破坏的观点出发，关于电解经过过程的催化剂量，优选采用荧光X射线分析法。此外，为了观察电极面内的催化剂量的经时变化，优选数百小时左右一次将电极取出，例如测定图3中以点1～9表示的指定的多个部位的催化剂量。

图6表示对将催化剂量各种变更而制作的多个电极测定催化剂量的分布与寿命的关系的例子。图6中，比较例1到4分别表示在电极的表面整体均匀地涂布有催化剂的电极例，电极No.1～30表示具有催化剂量的分布的电极。另外，图6中，关于催化剂量的比率，在面内的各点中作为(催化剂最大量/最小量×100-100)表示。

如比较例1到3那样，在使催化剂量(g/m²)遍及整面变得均匀(平均催化剂量为50g/m²)的情况下，电极的寿命成为2500～400h。如比较例4那样，在将催化剂量设定为2倍即100g/m²的情况下，寿命变得长达9000h，但从制造成本的方面考虑不优选。

与此相对，获知在使催化剂量具有分布的情况下，当中间室、阳极室、阴极室的水压相等时，如电极No.2～5那样，通过按照连接端子的附近部位1、2、3、中央部4、5、6、下端部7、8、9的顺序逐渐减少催化剂量，电极的寿命改善。但是，如电极No.1、No.6那样，在催化剂最大量与催化剂最小量的比为30％以下时、或为300％以上时，电极的寿命延长效果下降。

获知在中间室的水压设定得比阳极室和阴极室的水压高的情况下，如电极No.8～11那样，通过减少电极的中央部位5的催化剂量、并且增多周缘部1～3、4、6、7～9的催化剂量，电极的寿命改善。但是，如电极No.7、No.12那样，在催化剂最大量与催化剂最小量的比为30％以下时、或为300％以上时，电极的寿命延长效果下降。

在中间室的水压设定得比阳极室和阴极室的水压低的情况下，如电极No.20～23那样，通过将电极的中央部位5的催化剂量设定为最大、使附近部位1、2、3最大或者稍微减少、并且进一步减少下端部7、8、9的催化剂量，或者，通过将电极的中央部位5的催化剂量设定为最大、并且减少其他部位1～4、6～9的催化剂量，电极的寿命改善。但是，如电极No.19、No.24那样，在催化剂最大量与催化剂最小量的比为30％以下时、或为300％以上时，寿命延长效果低。

根据如以上那样构成的电极和具备该电极的电解水生成装置，通过与电极各部的电流密度相应地使催化剂量具有分布，即，通过增多电流密度高的部位的催化剂量、并且降低电流密度低的部位的催化剂量，能够抑制电极的劣化，延长寿命。此外，涂布或担载于电极表面的总的催化剂量能够与以往同样，能够在不导致制造成本的上升的情况下谋求电极的寿命改善。由此，可以得到能够长期地维持电解性能的长寿命的电极和具备该电极的电解装置。

另外，在第1实施方式中，阳极18和阴极20制成具有许多贯通孔的多孔结构，但并不限于此，也可以制成不具有贯通孔的平板状的电极。

接着，对其他实施方式所述的电极和电解水生成装置进行说明。另外，在以下说明的其他实施方式中，对与上述的第1实施方式相同的部分标注同一参照符号并省略其详细的说明，以与第1实施方式不同的部分为中心进行详细说明。

(第2实施方式)

图7是概略地表示第2实施方式所述的电解水生成装置的截面图，图8是电极单元的分解立体图。

根据第2实施方式，电解槽11的设置于阳极室15b中的阳极18、和设置于阴极室15c中的阴极20分别作为具有双面网眼结构的电极而构成。

阳极18例如具有在由矩形状的金属板构成的基材22中形成有许多贯通孔的多孔结构。基材22具有第1表面18a和与第1表面18a大致平行地相对的第2表面18b。第1表面18a与第2表面18b的间隔、即板厚形成为T1。第1表面18a与第1隔膜16a相对，第2表面18b与阳极室15b相对。

多个第1孔部40形成于基材22的第1表面18a，且在第1表面18a开口。此外，多个第2孔部42形成于第2表面18b，且在第2表面18b开口。各第1孔部40与相对的第2孔部42连通，形成有贯通基材22的贯通孔。成为第1隔膜16a侧的第1孔部40的开口直径R1比第2孔部42的开口直径R2小，此外，关于孔部的数量，第1孔部40多于第2孔部42地形成。第1孔部40的深度为T2，第2孔部42的深度为T3，以T2+T3＝T1形成。此外，本实施方式中，以T2<T3形成。

第2孔部42例如形成为矩形状，在第2表面18b以矩阵状排列而设置。规定各第2孔部42的周壁也可以由直径从孔部的底朝向开口、即朝向第2表面18b侧变宽那样的锥面或弯曲面形成。相邻的第2孔部42间的间隔、即电极的线状部的宽度设定为W2。另外，第2孔部42并不限定于矩形状，也可以制成其他的各种形状。此外，第2孔部42并不限于规则地排列，也可以随机地排列而形成。

第1孔部40例如形成为矩形状，在第1表面18a以矩阵状排列而设置。规定各第1孔部40的周壁也可以由直径从孔部的底朝向开口、即朝向第1表面18a变宽那样的锥面或弯曲面形成。本实施方式中，多个、例如9个第1孔部40与1个第2孔部42相对地设置。这9个第1孔部40分别与第2孔部42连通，与第2孔部42一起形成贯通基材22的贯通孔。相邻的第1孔部40间的间隔W1设定得比第2孔部42间的间隔W2小。由此，第1表面18a中的第1孔部40的数密度与第2表面18b中的第2孔部42的数密度相比充分大。

另外，第1孔部40并不限定于矩形状，也可以制成其他的形状。第1孔部40并不限于规则地排列，也可以随机地排列而形成。进而，并不限于全部的第1孔部40与第2孔部42连通的构成，也可以包含不与第2孔部42连通的第1孔部。

为了使压力均匀化，作为第1孔部40的开口直径，优选较小，但由于阻碍物质扩散，所以需要一定程度的大小，制成正方形时的开口的一边优选为0.1～2mm，进一步优选为0.3～1mm。作为开口，可以使用正方形、长方形、菱形、圆、椭圆等各种形状，但作为开口面积，与上述正方形的开口面积相同，优选0.01～4mm²的开口面积。开口面积在也包含开口在内的电极面积中所占的比例(开口率)优选为0.05～0.5，进一步优选为0.1～0.3。若开口率过小，则漏气变得困难。若开口率过大，则电极反应受到阻碍。

第2孔部42的开口也可以使用正方形、长方形、菱形、圆、椭圆等各种形状。为了使漏气良好，作为第2孔部42的开口直径，优选较大，但由于电阻变大，所以不能过大。若制成正方形的开口，则一边优选为1～40mm，进一步优选为2～20mm。作为开口，可以使用正方形、长方形、菱形、圆、椭圆等各种形状，但作为开口面积，与上述正方形的开口面积相同，优选1mm²到1600mm²的开口面积。也可以是像长方形或椭圆那样在一个方向上较长并从电极的一端连接到另一端那样的开口。

阳极18例如一体地具备从上端缘突出的连接端子24。此外，在基材22的第1表面18a的整面和第2表面18b的整面形成有催化剂层19a、19b。至少在第1表面18a中，催化剂层19a的催化剂量根据电极的各部位而不同，特别是根据电流密度而不同，在同一平面内具有分布。催化剂量的分布与第1实施方式同样地设定。另外，第2表面18b侧的催化剂层19b也可以具有与催化剂层19a同样的催化剂量的倾斜。

根据第2实施方式，阴极20与阳极18同样地构成。即，阴极20例如具有在包含矩形状的金属板的基材26中形成有许多贯通孔的多孔结构。基材26具有第1表面20a和与第1表面20a大致平行地相对的第2表面20b。第1表面20a与第2隔膜16b相对，第2表面20b与阴极室15c相对。

多个第1孔部44形成于基材26的第1表面20a，且在第1表面20a开口。此外，多个第2孔部46形成于第2表面20b，且在第2表面20b开口。成为第2隔膜16b侧的第1孔部44的开口直径比第2孔部46的开口小，此外，关于孔部的数量，第1孔部44多于第2孔部46地形成。第1孔部44的深度小于第2孔部46的深度地形成。

多个、例如9个第1孔部44与1个第2孔部46相对地设置。这9个第1孔部44分别与第2孔部46连通，与第2孔部46一起形成有贯通基材26的贯通孔。相邻的第1孔部44间的间隔设定得比第2孔部46间的间隔小。由此，第1表面20a中的第1孔部44的数密度与第2表面20b中的第2孔部46的数密度相比充分大。

阴极20例如一体地具备从上端缘突出的连接端子28。此外，在基材26的第1表面20a的整面和第2表面20b的整面形成有催化剂层21a、21b。至少在第1表面20a中，催化剂层21a的催化剂量根据电极的各部位而不同，特别是根据电流密度而不同，在同一平面内具有分布。催化剂量的分布与第1实施方式同样地设定。另外，第2表面20b侧的催化剂层21b也可以具有与催化剂层19a同样的催化剂量的倾斜。

此外，电解水生成装置的给水系、盐水给水系、电源、水压调整机构的构成与上述的第1实施方式相同。

在如以上那样构成的第2实施方式中，也通过与电极各部的电流密度相应地使催化剂量具有分布，即，通过增多电流密度高的部位的催化剂量、并且降低电流密度低的部位的催化剂量，能够抑制电极的劣化，延长寿命。此外，涂布或担载于电极表面的总的催化剂量能够与以往同样，能够在不导致制造成本的上升的情况下谋求电极的寿命改善。由此，可以得到能够长期地维持电解性能的长寿命的电极和具备该电极的电解装置。

接着，对各种实施例和比较例进行说明。

(实施例1)

阳极18和阴极20的基材22、26通过对板厚为0.5mm的平坦的钛板进行蚀刻，来制作图8中所示的双面网眼结构的电极18、20。形成于相邻的第1孔部40间的线状部的宽度W1为1mm，形成于相邻的第2孔部42间的宽幅的线状部的宽度W2为2mm。以菱形开放的第1孔部40和第2孔部42的开口角度为120°。

将该经蚀刻的电极基材22在10wt％草酸水溶液中以1小时80℃进行处理。调节提拉速度和悬挂部位，将在氯化铱(IrCl₃·nH₂O)中按照成为0.25M(Ir)的方式加入1-丁醇而调制的溶液浸渍涂敷于电极基材22的第1表面和第2表面后，进行干燥和烧成。干燥在80℃下进行10分钟，烧成在450℃下进行10分钟。将重复了多次涂布和干燥和烧成的电极基材22切出成反应电极面积为15cm×20cm的大小，制成阳极18。在阳极18的右上部距离角为1cm地安装宽3cm高3cm的连接端子24。所涂布的催化剂量在面内发生变化，各点的催化剂量的详细情况为图6中所示的12种(图6中的No7～18)。

此外，通过对在10wt％草酸水溶液中以1小时80℃处理过的电极基材26溅射铂作为催化剂层而制成阴极20。

作为分隔阳极室和中间室的第1隔膜16a，使用Tokuyama公司制的A201，作为分隔阴极室和中间室的第2隔膜16b，使用阳离子交换膜的Nafion117。

使用这些阳极18、阴极20、第1和第2隔膜16a、16b、例如氯乙烯制的容器来制作电解槽(电解池)。在阳极18和阴极20的连接端子上连接电源，在电解槽上连接配管和送液泵。

使用这样的电解水生成装置10，对阳极室15b和阴极室15c供给纯水，对中间室15a供给饱和氯化钠水。阳极室、中间室、阴极室的水压通过调整阀和送液泵来控制，各室的水压如图6中所示的那样来设定。阳极和阴极的电流密度固定在300mA/cm²，在阳极室15b中生成次氯酸水，在阴极室15c中生成氢和氢氧化钠水。此时，将电解电压上升至8V时作为电极的寿命。

如图6中所示的那样，当中间室15a的水压比阳极室15b和阴极室15c的水压低时，电极中央部的催化剂的消耗加速。相反当中间室的压力高时，中央部的消耗变得比周边部慢。此外，从端子至反应部位为止的距离也对寿命有效，成为要因。并且，在催化剂比率为30％以上且300％以内时电极的寿命变长，另一方面，在催化剂比率低于30％、300％以上时寿命急剧变短。

(比较例1)

比较例1的电解水生成装置的构成与实施例1同样，但担载于阳极和阴极上的催化剂的催化剂量在面内均匀。各电极的反应电极面积、运转条件与实施例1同样。由图6的比较例1～4获知，在催化剂量均匀时，电极的寿命也比平均催化剂量相同的实施例1短。

本发明并不直接限定于上述的实施方式，能够在实施阶段不脱离其主旨的范围内将构成要素变形而具体化。此外，通过上述实施方式中公开的多个构成要素的适当的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式中所示的全部构成要素删除几个构成要素。进而，也可以将涉及不同的实施方式的构成要素适当组合。

例如，阳极和阴极并不限定于矩形状，可以选择其他的各种形状。各构成部件的材料并不限定于上述的实施方式和实施例，可以适当选择其他的材料。电解质、产物也并不限于盐、次氯酸，也可以向各种电解质、产物展开。

Claims

1.一种电解装置，其具备具有设置有阳极的阳极室、和设置有与所述阳极相对的阴极的阴极室的电解槽，

所述阳极和阴极中的至少一者具有担载有催化剂的第1表面，所述阳极和阴极中的至少一者具有在施加电压时产生的电流密度的分布，

所述第1表面中的催化剂的催化剂量具有与所述电流密度的分布相应的分布。

2.根据权利要求1所述的电解装置，其中，在所述第1表面中，按照电流密度低的部位催化剂量少、且朝向电流密度高的部位而催化剂量增加的方式担载所述催化剂。

3.根据权利要求2所述的电解装置，其中，在所述第1表面中，将催化剂的最低量设定为1g/m²以上，并且催化剂量在最低量的30％以上且300％以内变化而担载催化剂。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的电解装置，其中，所述阳极和阴极分别具有与电源连接的连接端子，在所述第1表面中，越是靠近所述连接端子的部位，催化剂量越多。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的电解装置，其中，所述电解槽具备彼此相对的第1隔膜及第2隔膜、和通过所述第1隔膜及第2隔膜在所述阳极室与阴极室之间分隔出并容纳电解液的中间室，

所述阳极和阴极夹持所述第1隔膜和第2隔膜且彼此相对，

所述电解装置进一步具备将所述中间室的水压设定得比所述阳极室和阴极室的水压低的压力调整机构，

在所述第1表面中，周缘部的催化剂量比中央部的催化剂量多。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的电解装置，其中，所述电解槽具备彼此相对的第1隔膜及第2隔膜、和通过所述第1隔膜及第2隔膜在所述阳极室与阴极室之间分隔出并容纳电解液的中间室，

所述阳极和阴极夹持所述第1隔膜和第2隔膜且彼此相对，

所述电解装置进一步具备将所述中间室的水压设定得比所述阳极室和阴极室的水压高的压力调整机构，

在所述第1表面中，周缘部的催化剂量比中央部的催化剂量少。

7.根据权利要求5或6所述的电解装置，其中，所述阳极具备与所述第1隔膜相对的第1表面、位于所述第1表面的相反侧的第2表面、和在所述第1表面和第2表面开口的多个贯通孔。

8.根据权利要求6或7所述的电解装置，其中，所述阳极具有与所述第1隔膜或第2隔膜相对的第1表面、位于所述第1表面的相反侧的第2表面、在所述第1表面开口的多个第1孔部、和在所述第2表面开口并且直径比所述第1孔部大的多个第2孔部，多个所述第1孔部与1个所述第2孔部连通。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的电解装置，其中，所述催化剂包含贵金属、氧化铱、氧化钌中的至少1者。

10.一种电极，其是电解装置中使用的电极，

其具备具有第1表面的金属的基材、和担载于所述基材的至少第1表面的催化剂层，所述催化剂层的各部位的催化剂量根据在施加电压时产生的该电极的电流密度的分布在所述第1表面内分布。

11.根据权利要求10所述的电极，其中，在所述第1表面中，按照电流密度低的部位催化剂量少、并且朝向电流密度高的部位催化剂量增加的方式担载催化剂。

12.根据权利要求11所述的电极，其中，在所述第1表面中，将催化剂的最低量设定为1g/m²以上，并且催化剂量在最低量的30％以上且300％以内变化而担载催化剂。

13.根据权利要求10到12中任一项所述的电极，其中，具有与电源连接的连接端子，在所述第1表面中，越是靠近所述连接端子的部位，催化剂量越多地担载。

14.根据权利要求10到13中任一项所述的电极，其中，在所述第1表面中，周缘部的催化剂量比中央部的催化剂量多。

15.根据权利要求10到13中任一项所述的电极，其中，在所述第1表面中，周缘部的催化剂量比中央部的催化剂量少。

16.一种电解装置，其具备具有设置有阳极的阳极室和设置有与所述阳极相对的阴极的阴极室的电解槽，

所述阳极和阴极中的至少一者具有担载有催化剂的第1表面，所述担载的催化剂根据所述第1表面的部位的不同，催化剂量不同，在所述第1表面内具有催化剂量的分布。

17.根据权利要求16所述的电解装置，其中，所述阳极和阴极中的至少一者具有在施加电压时产生的电流密度的分布，所述第1表面中的催化剂的催化剂量具有与所述电流密度的分布相应的分布。